Ορισμός καρβιδίου του πυριτίου

Το καρβίδιο του πυριτίου είναι ένα προηγμένο υλικό που αναπτύχθηκε για χρήση σε περιβάλλοντα υψηλής θερμοκρασίας. Θα μπορούσε να μειώσει την εξάρτηση από ενεργά συστήματα ψύξης που προσθέτουν βάρος και κόστος στα ηλεκτρικά οχήματα (EV).

Το καρβίδιο του πυριτίου διαθέτει ανώτερη αντίσταση στην τάση δέκα φορές μεγαλύτερη από το συνηθισμένο πυρίτιο, ξεπερνώντας ακόμη και το νιτρίδιο του γαλλίου από αυτή την άποψη.

Είναι ένα κρυσταλλικό υλικό

Το καρβίδιο του πυριτίου (SiC) είναι ένα βιομηχανικό υλικό με πολλές χρήσεις. Λόγω των ανώτερων τριβολογικών ιδιοτήτων του, το συναντάμε συνήθως σε ακροφύσια αμμοβολής, στεγανοποιήσεις, μηχανικά έδρανα και εφαρμογές μηχανικών στεγανωτικών. Τα πυρίμαχα υλικά και τα κεραμικά χρησιμοποιούν επίσης SiC, καθώς προσθέτει σκληρότητα.

Το νερό, το οινόπνευμα και τα διαλύματα οξέων το διαλύουν πλήρως- οι περισσότεροι οργανικοί διαλύτες παραμένουν επίσης ανθεκτικοί. Λόγω των χαρακτηριστικών του ως ημιαγωγού, τα ηλεκτρικά χαρακτηριστικά του προσφέρουν ορισμένα ενδιαφέροντα χαρακτηριστικά - η αντίσταση μπορεί να διαφέρει μεταξύ των συνθέσεων έως και επτά τάξεις μεγέθους!

Ο Edward Acheson παρήγαγε για πρώτη φορά συνθετικό SiC το 1891, ενώ ο Henri Moissan εντόπισε για πρώτη φορά τη φυσική του μορφή το 1905 κατά την εξερεύνηση του μετεωρίτη Canyon Diablo στην Αριζόνα. Σήμερα όλο το εμπορικό SiC που πωλείται προς πώληση είναι συνθετικό, με κάποιες εξαιρέσεις για τα κοσμήματα μοισσανίτη που μπορεί να εμφανιστούν φυσικά.

Πρόκειται για μη οξειδωτικό κεραμικό

Το καρβίδιο του πυριτίου, ή SiC, είναι ένα εξαιρετικό κεραμικό που διαθέτει πολλές πλεονεκτικές φυσικές ιδιότητες. Σε αυτές περιλαμβάνονται η υψηλή αντοχή, ο χαμηλός ρυθμός θερμικής διαστολής και η αντοχή του στη διάβρωση και τις χημικές αντιδράσεις - ιδιότητες που το καθιστούν κατάλληλο για χρήση ως λειαντικό υλικό και πυρίμαχο συστατικό, καθώς και η εξαιρετική ηλεκτρική του αγωγιμότητα.

Η κρυογονική σκληρότητα 9 στην κλίμακα Mohs καθιστά την πυρίμαχη πορσελάνη ένα εξαιρετικό υλικό για τροχούς λείανσης και άλλα λειαντικά προϊόντα, καθώς και για χρήση σε πυρίμαχες εφαρμογές όπως ακροφύσια καυστήρων και φλογοσωλήνες.

Ο κρυογενικός γραφίτης υπάρχει σε διάφορες ποικιλίες, γνωστές ως πολυτύποι, και διαθέτει μια πρωτογενή τετραεδρική διάταξη συντονισμού με τέσσερα άτομα άνθρακα και τέσσερα άτομα πυριτίου συνδεδεμένα με δεσμούς μεταξύ τετραεδρικών μονάδων που συνδέονται άμεσα. Αυτές οι μονάδες μπορούν στη συνέχεια να συνδεθούν μεταξύ τους ή να στοιβάζονται για να σχηματίσουν διαφορετικές δομές.

Είναι πυρίμαχο υλικό

Το καρβίδιο του πυριτίου είναι ένα ανθεκτικό αλλά εύθραυστο υλικό που αντέχει σε υψηλές θερμοκρασίες και διαθέτει ευρύ χάσμα ζώνης για εφαρμογές υψηλής τάσης.

Σε βιομηχανική κλίμακα, η σκόνη πυριτίας παράγεται και χρησιμοποιείται σε κεραμικά, πυρίμαχα υλικά και ηλεκτρονικά ημιαγωγά. Ενώ υπάρχει φυσικά στους ορυκτούς σχηματισμούς μοισσανίτη, το μεγαλύτερο μέρος του παρασκευάζεται σήμερα συνθετικά.

Τα πυρίμαχα υλικά καρβιδίου του πυριτίου που συνδέονται με άργιλο προσφέρουν εξαιρετική αντοχή στη διάβρωση, καθιστώντας τα κατάλληλα ως τούβλα κλιβάνου για εφαρμογές τήξης μη σιδηρούχων μετάλλων. Επιπλέον, αποτελούν εξαιρετικά υλικά έμμεσης θέρμανσης σε υψηλές θερμοκρασίες- όπως τούβλα επένδυσης για δεξαμενές ηλεκτρόλυσης αλουμινίου ή ως επένδυση δίσκου κλιβάνου ανόρθωσης σε κλιβάνους τήξης χαλκού ή πλάκες τόξου κλιβάνου ψευδαργύρου σε σκόνη.

Είναι υλικό ανθεκτικό στη φθορά

Το καρβίδιο του πυριτίου είναι ένα εξαιρετικά σκληρό, μη οξειδωτικό κεραμικό υλικό που χρησιμοποιείται συνήθως σε λειαντικά, πυρίμαχα υλικά, εξαρτήματα ανθεκτικά στη φθορά και εξαρτήματα ανθεκτικότητας στη φθορά λόγω της αντοχής του. Επιπλέον, το καρβίδιο του πυριτίου χρησιμεύει ως αναπόσπαστο υλικό σε ηλεκτρονικά συστήματα που λειτουργούν σε υψηλές θερμοκρασίες ή τάσεις.

Σπάνιος στη φύση και παράγεται μόνο τεχνητά με συνθετικές μεθόδους, ο μοισσανίτης ανακαλύφθηκε για πρώτη φορά στο Diablo Canyon της Αριζόνα το 1893, όπου αργότερα ονομάστηκε μοισσανίτης από την πατέντα του Edward Acheson το 1891 για τη δημιουργία μικρών μαύρων κρυστάλλων SiC με τεχνητά μέσα.

Το κεραμικό υλικό αυτού του διαμετρήματος προσφέρει ανώτερες ιδιότητες. Έχει υψηλότερο εύρος θερμοκρασίας λειτουργίας από τους ημιαγωγούς πυριτίου και μπορεί να αντέξει υψηλότερες τάσεις χωρίς να υποκύψει σε υπερθέρμανση ή βλάβη.

Είναι ένα υλικό υψηλής θερμοκρασίας

Το καρβίδιο του πυριτίου είναι ένα ευέλικτο πυρίμαχο κεραμικό που χρησιμοποιείται σε πολλές εφαρμογές. Ως ένα από τα σκληρότερα υλικά στην κλίμακα σκληρότητας Mohs, το καρβίδιο του πυριτίου κατέχει την 9η θέση στη σκληρότητα. Επιπλέον, διαθέτει εξαιρετική αντοχή τόσο στην τριβή και τη διάβρωση όσο και στο θερμικό σοκ, ενώ αντέχει σε υψηλές θερμοκρασίες και τάσεις χωρίς βλάβη ή διάσπαση.

Όπως συμβαίνει με τις περισσότερες κρυσταλλικές δομές, η κρυσταλλική του δομή εμφανίζεται σε διάφορες μορφές - ή πολυτύπους - που η καθεμία έχει τη δική της αλληλουχία στοίβαξης. Τα πρωτογενή τετράεδρα συντονισμού αποτελούνται από τέσσερα άτομα άνθρακα και τέσσερα άτομα πυριτίου που συνδέονται στις γωνίες τους σε πολικές δομές.

Λόγω των εξαιρετικών τριβολογικών ιδιοτήτων του, το πλαστικό αποτελεί εξαιρετικό υλικό για αντλίες, μηχανικές τσιμούχες και ρουλεμάν, εξοπλισμό της χημικής βιομηχανίας και ως λειαντικό.

Είναι υλικό υψηλής τάσης

Το καρβίδιο του πυριτίου είναι ένα από τα πιο ευέλικτα υλικά στον κόσμο. Παίζει ουσιαστικό ρόλο στα ηλεκτρικά οχήματα (EV) υψηλών επιδόσεων και στα συστήματα διαχείρισης μπαταριών, όπου οι ικανότητές του σε υψηλή τάση εξαλείφουν τα ενεργά συστήματα ψύξης που προσθέτουν κόστος, βάρος και πολυπλοκότητα στα EV.

Ο καρβορουνδίας, ένα σκληρό κεραμικό και ημιαγώγιμο υλικό, κοινώς γνωστό ως καρβορουνδία, μπορεί να βρεθεί φυσικά στα ορυκτά μοισσανίτη καθώς και να παραχθεί συνθετικά. Σε αντίθεση με τους παραδοσιακούς ημιαγωγούς, όπως το πυρίτιο, το καρβορούνδιο έχει ένα ευρύ χάσμα ζώνης, το οποίο επιτρέπει την αποτελεσματικότερη διακίνηση ηλεκτρικής ενέργειας από ποτέ. Επιπλέον, η αγωγιμότητά του μπορεί να τροποποιηθεί με την προσθήκη προσμίξεων στην κρυσταλλική του δομή.

Είναι ένα υλικό υψηλής απόδοσης

Το καρβίδιο του πυριτίου (SiC) είναι ένα ενεργειακά αποδοτικό υλικό για τη μετατροπή της ηλεκτρικής ενέργειας σε εναλλασσόμενο ρεύμα, καθιστώντας το κατάλληλο για τη μετατροπή της ηλεκτρικής ενέργειας από το δίκτυο. Η πρόσμιξη SiC με άζωτο ή φώσφορο δημιουργεί ημιαγωγό τύπου n, ενώ η πρόσμιξη με αλουμίνιο, βόριο ή γάλλιο δίνει ιδιότητες ημιαγωγού τύπου p.

Το αλουμίνιο προσφέρει εξαιρετική θερμική αγωγιμότητα, αντοχή σε υψηλές θερμοκρασίες, χαμηλή θερμική διαστολή και αντοχή στις χημικές αντιδράσεις - ιδιότητες που το καθιστούν ιδανικό πυρίμαχο υλικό. Επιπλέον, η σκληρή και ανθεκτική επιφάνειά του το καθιστά κατάλληλο για πολλές βιομηχανικές χρήσεις και αποτελεί εξαιρετική επιλογή πυρίμαχου υλικού.

Το φυσικό SiC συναντάται ως το σπάνιο ορυκτό μοισσανίτης, συνθετικά σε μικρούς κόκκους συνδεδεμένους μεταξύ τους σε κεραμικά ή πυρίμαχα υλικά για κεραμικές εφαρμογές ή σε μικρές ποσότητες σε ανθρακούχους χονδρίτες μετεωρίτες και κιμπερλίτες.